68347333 Obtencion de Cana de Azucar

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO

FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS A LA INDUSTRIA

Balance y Fenómenos de TransporteProblema Abierto: Obtención de Azúcar de Caña

Materia: Balances y Fenómenos de TransporteAlumnos: Drapala, Anahí Cecilia (Ing. en Ind. de la Alimentación) González, Joana Lorena (Ing. Química)

Profesor Titular: Ing. Carlos Carullo

Jefe de Trabajos Prácticos: Ing. Silvana Martínez

UNCuyo - FCAI Cátedra: Balance y Fenómenos de TransporteTema: Problema Abierto- Azúcar de CañaAutores: Drapala Anahí, González Joana

Indice

Introducción

Azúcar de caña

Definición de azúcar por Código Alimentario Argentino

Procesos de producción

Planteo del balance de proceso

Diagrama de proceso completo

Planteo de simplificaciones del proceso

Diagrama de proceso simplificado

Tabla de grado de libertad

Cálculo de balance de masa y energía para cada equipo

Fuentes

- 2 -- 2 -2


Introducción:

- 3 -- 3 -3


AZÚCAR DE CAÑA: Conceptos generales

Las referencias a la planta de la caña de azúcar se remontan a casi 5.000 años y se localiza en Nueva Guinea, África. Posteriormente se trasladó a India y de ahí se extendió a China y al cercano oriente. Cuando los árabes conocen el azúcar ya es una planta extendida por Oriente, pero a ellos les corresponde el honor de extenderlo por una extensa zona entre los que se encuentra España. La llegada del azúcar a España, tuvo lugar en la Edad Media. Los boticarios fueron, inicialmente, los que mayor utilidad encontraron al azúcar aplicándolo a recetas, pócimas y medicinas que recomendaban a su clientela para curar toda clase de males, incluido el "mal de amores". Finalmente, la "conquista" de América por parte del azúcar tuvo lugar en el segundo viaje de Colón al Nuevo Mundo cuando se transportó azúcar en las naves españolas. El primer destino fue La Española, actual isla de Santo Domingo y de allí se expandió a Puerto Rico, Jamaica, y años más tarde, del norte de México hasta Perú. No obstante, los grandes artífices de la gran extensión del azúcar por América fueron los portugueses ya que la Corona Portuguesa decidió potenciar el cultivo en aquella zona. En su afán viajero, otros aventureros y colonizadores europeos fomentaron en siglos posteriores el cultivo de la caña de azúcar en otras latitudes del planeta, así los franceses la introducen en sus colonias del Océano Índico, los holandeses en las Antillas y, de nuevo, los españoles en la Filipinas y otros archipiélagos del pacífico. A finales del siglo XVII la producción y el consumo de azúcar de caña se encontraba extendido por todo el mundo.

El azúcar se consume en todo el mundo, puesto que es una de las principales fuentes de calorías en las dietas de todos los países.Puede obtenerse principalmente a partir de la caña de azúcar y la remolacha Azucarera. Para su obtención se requiere de un largo proceso, desde que la semilla de caña germina hasta que el azúcar se comercializa.

El azúcar se clasifica dependiendo de los procesos aplicados para su extracción y el gusto del consumidor en tres grandes grupos:

Crudo, mascabado o morena: se produce en cristales de mayor tamaño y conserva una película de melaza que envuelve cada cristal.

- 4 -- 4 -4


Blanco directo y directo especial: se producen por procesos de clarificación y su producción final se logra en una sola etapa de clarificación. Refinamiento: se cristaliza dos veces con el fin de lograr su máxima pureza.

Algunas Definiciones Generales de la Caña de Azúcar:

Caña: es la materia prima normalmente suministrada a la fábrica y que comprende la caña propiamente dicha, la paja, el agua y otras materias extrañas

Paja: es la materia seca, insoluble en agua, de la caña

Jugo Absoluto: son todas las materias disueltas en la caña, más el agua total de la caña.

Bagazo: es el residuo después de la extracción del jugo de la caña por cualquier medio, molino o presa.

Jugo Residual: es la fracción de jugo que no ha podido ser extraída y que queda en el bagazo.

Brix: el Brix de una solución es la concentración (expresada en g de concentrado en 100 g de solución) de una solución de sacarosa pura en agua.

Definición de azúcar por el CAA

CAPITULO X - ALIMENTOS AZUCARADOS

Art 767 - Con el nombre de Azúcar, se identifica a la sacarosa natural.

Se la extrae de vegetales como: caña de azúcar (género Saccharum y sus variedades), remolacha azucarera (Beta vulgaris L., variedad rapa), sorgo azucarero (Sorghum saccharatum Pers.), Arce de Canadá (Acer saccharinum Wang).

- 5 -- 5 -5

http://www.monografias.com/trabajos10/lamateri/lamateri.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/costosbanc/costosbanc.shtml#MATER


Art 768 - (Res 1546, 12.09.90) - "Se entiende por Azúcar blanco, la sacarosa purificada y cristalizada.

Responderá, según su calidad, a las siguientes exigencias:

Refinado:

• Polarización: Mín 99,9°S • Azúcar invertido: Máx 0,02% en peso • Cenizas, por conductividad: Máx 0,02% en peso • Pérdida por desecación (3 h a 105°C): Máx 0,04 % en peso • Color (ICUMSA): Máx 60 unidades • Anhídrido sulfuroso total: Máx 2 mg/kg.

La denominación de refinado se aplicará única y exclusivamente al azúcar blanco que, además de reunir las condiciones precedentemente establecidas, haya sido obtenido por refundición de azúcar y tratamiento físico químico de clarificación, de coloración, filtración y recristalización.Primera calidad:

• Polarización: Mín 99,7°S • azúcar invertido: Máx 0,04% en peso • Cenizas, por conductividad: Máx 0,04% en peso • Pérdida por desecación, (3 horas a 105°C): Máx 0,10% en peso • Color (ICUMSA): Máx 60 unidades • Anhídrido sulfuroso total: Máx 20 mg/kg

Segunda calidad:

• Polarización: Mín 99,5°S • azúcar invertido: Máx 0,10% en peso. • Cenizas, por conductividad: Máx 0,10% en peso • Pérdida por desecación (3 horas a 105°): Máx 0,10% en peso • Color (ICUMSA): Máx 150 unidades • Anhídrido sulfuroso total: Máx 70 mg/kg.

El azúcar Blanco (Refinado, Primera Calidad y Segunda Calidad) no contendrá más de:1 mg/kg de arsénico, como As0,5 mg/kg de plomo, como Pb y2 mg/kg de cobre, como Cu.

- 6 -- 6 -6


Estos productos se rotularán:azúcar blanco refinado;azúcar blanco primera calidad;azúcar blanco segunda calidad,con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad.En el rótulo principal se consignará con caracteres bien visibles el nombre del ingenio fabricante y la provincia de origen, para los de fabricación argentina. Cuando se trate de azúcar importado deberá declararse en el rótulo el país de origen".Art 768bis - (Dec 51, 10.7.74) "Con la denominación de azúcar común tipo A, se entiende el azúcar que responda a las siguientes características:

• Polarización, Mín: 99,7°S • azúcar invertido, Máx: 0,05% en peso • Pérdida por desecación, (3 horas a 105°C), Máx: 0,10% en peso • Cenizas por conductividad, Máx: 0,05% en peso • Color (ICUMSA), Máx: 200 unidades • Anhídrido sulfuroso total, Máx: 40 mg/kg

Este producto se rotulará en el cuerpo del envase con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad:azúcar común Tipo A Con la denominación de azúcar común Tipo B, se entiende el azúcar que responda a las siguientes características:

• Polarización, Mín: 99,5°S • azúcar invertido, Máx: 0,10% en peso • Cenizas por conductividad, Máx: 0,10% en peso • Pérdida por desecación (3 horas a 105°C), Máx: 0,10% en peso • Color (ICUMSA), Máx: 240 unidades • Anhídrido sulfuroso total, Máx: 70 mg/kg

Este producto se rotulará en el cuerpo del envase con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad:azúcar común Tipo B.El azúcar común Tipo A o Tipo B no deben contener Arsénico como As, Plomo como Pb, ni Cobre como Cu en cantidades superiores a las establecidas para el azúcar blanco.

- 7 -- 7 -7


En el rótulo y en lugar y con caracteres bien visible se consignará: nombre del ingenio elaborador y provincia de origen, así como toda otra exigencia reglamentaria".Art 769 - El Azúcar blanco, según su presentación, se designará: Azúcar en cuadritos o Pancitos, Azúcar de pilón o pilé (trozos irregulares mezclados con el polvo resultante del desmenuzamiento); Azúcar molido (obtenido por trituración mecánica del Azúcar en panes o también por cristalización perturbada);Azúcar cristalizado, granulado (cristales más o menos gruesos).Art 770 - Se entiende por Azúcar impalpable o Azúcar en polvo, el Azúcar blanco, finamente pulverizado, con o sin adición de antiaglutinantes de uso permitido.El Azúcar blanco de que proviene debe cumplir las exigencias de composición y de calidad del Azúcar blanco de primera calidad.Se permite el agregado como antiaglutinantes, de almidón Máx: 3% en peso o de hasta 1,5% en peso (en forma aislada o en conjunto) de los siguientes aditivos:

• Estearato de magnesio; • Carbonato de magnesio • Fosfato tricálcico; • Trisilicato de magnesio; • Silicato de calcio, sodio y aluminio; • Silicato de calcio y gel de sílice deshidratado.

El agregado de antiaglutinantes se declarará en el rótulo con la expresión: Antiaglutinante permitido.Art 771 - Con el nombre de Azúcar rubio, moreno, terciado o negro, se entiende el azúcar sin refinar.Podrá ser parcialmente soluble en agua y no deberá con tener menos del 85% de sacarosa, no más del 4% de cenizas totales a 500-550°C y un máximo de 0,5% de cenizas insolubles en ácido clorhídrico al 10%.(Res 3363, 30.10.79) "Con el nombre de Chancaca, se en tiende un Azúcar mascabado que se presenta en tabletas o envuelto en totora, constituyendo los llamados mazos o lulos de chancaca".

Proceso de producción

Labores de campo y cosecha: El proceso productivo se inicia con la preparación del terreno, etapa previa de la siembra de la caña. Una vez que la planta madura,

- 8 -- 8 -8


entre los 12 y 14 meses, se precede a cortarla, recogerla y llevarla hacia los patios de caña de los ingenios.

Patios de caña: Las cañas que llegan del campo se muestrean para determinar las características de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. Luego se pesa en básculas y se conduce a los patios donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las mesas de lavado de caña para dirigirla a una banda conductora que alimenta las picadoras.

Picado de la caña: Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giratorias que cortan los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño mas uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos.

Molienda: La caña preparada por las picadoras llega a un tándem de molinos, constituido cada uno de ellos por tres o cuatro mazas metálicas y mediante presión extrae el jugo de la caña. Cada molino está equipado con una turbina de alta presión. En el recorrido de la caña por el molino se agrega agua, generalmente caliente, para extraer al máximo la cantidad de sacarosa que contiene el material fibroso. Éste proceso de extracción es llamado maceración. El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a una bagacera para que seque y luego se va a las calderas como combustible, produciendo el vapor de alta presión que se emplea en las turbinas de los molinos.

Pesado de jugos: El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en básculas con celdas de carga para saber la cantidad de jugo sacaroso que entra en la fábrica.

Clarificación: El jugo obtenido en la etapa de molienda es de carácter ácido (pH aproximado: 5,2), éste se trata con lechada de cal, la cual eleva el pH con el objetivo de minimizar las posibles pérdidas de sacarosa. La cal también ayuda a precipitar impurezas orgánicas o inorgánicas que vienen en el jugo y para aumentar o acelerar su poder coagulante, se eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos calentadores. La clarificación del jugo se da por sedimentación; los sólidos no azúcares se precipitan en forma de lodo llamado cachaza y el jugo claro queda en la parte superior del tanque. Éste jugo sobrante se envía a los evaporadores y la cachaza sedimentada que todavía contiene sacarosa pasa a un proceso de filtración antes de ser desechada al campo para el mejoramiento de los suelos pobres en materia orgánica.

- 9 -- 9 -9


Evaporación: Aquí se comienza a evaporar el agua del jugo. El jugo claro que posee casi la misma composición del jugo crudo extraído (con la excepción de las impurezas eliminadas en la cachaza) se recibe en los evaporadores con un porcentaje de sólidos solubles entre 10 y 12% y se obtiene una meladura o jarabe con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 al 60%. Éste proceso se da en evaporadores de múltiples efectos al vacío, que consisten en una solución de celdas de ebullición dispuestas en serie. El jugo entra primero en el preevaporador y se calienta hasta el punto de ebullición. Al comenzar a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto, logrando así un menor punto de ebullición en cada evaporador. En el proceso de evaporación se obtiene el jarabe o meladura. La meladura es purificada en un clarificador. La operación es similar a la anterior para clarificar el jugo filtrado.

Cristalización: La cristalización se realiza en los tachos, que son recipientes al vacío de un solo efecto. El material resultante que contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida. El trabajo de cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de tres cocimientos o templas para lograr la mayor concentración de sacarosa.

Centrifugación: La masa pasa por las centrífugas, máquinas giratorias en las cuales los cristales se separan del licor madre por medio de una masa centrífuga aplicada a tambores rotatorios que contienen mallas interiores. La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques de almacenamiento para luego someterla a superiores evaporaciones y cristalizaciones en los tachos. Al cabo de tres cristalizaciones sucesivas se obtiene una miel final que se retira del proceso y se comercializa como materia prima para la elaboración de alcoholes.

Secado: El azúcar húmeda se transporta por elevadores y bandas para alimentar las secadoras que son elevadores rotatorios en los cuales el azúcar se coloca en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0,05%, para evitar la formación de terrones.

Enfriamiento: El azúcar se seca con temperatura cercana a 60ºC, se pasa por los enfriadores rotatorios inclinados que llevan el aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta aproximadamente 40-45ºC para conducir al envase.

Almacenamiento a Granel del Azúcar Refinado: Es regla general, almacenar el azúcar terminado en grandes depósitos o silos. Los depósitos o silos no solo permiten que se empaquen únicamente durante el día, también dan por resultados

- 10 -- 10 -10


altos ahorros, ya que el empacado se puede efectuar en respuesta a los seguimientos de las empaques de jugo de empacar el azúcar conforme se produce y almacena el producto empaquetado.

Envase: El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta y comercio.

PLANTEO DEL BALANCE DE PROCESO

Diagrama de Proceso Completo

- 11 -- 11 -11


Planteo de simplificaciones del proceso

Del proceso global de obtención de azúcar de caña, no se tendrán en cuenta las etapas iniciales de picado, molienda y clarificación.

- 12 -- 12 -12


El proceso partirá de un ingreso de 10.000 kg/h de jugo clarificado con un 12% de sólidos solubles y con una temperatura de 25ºC. Para simplificar los cálculos se considerarán al pre-calentador y a los evaporadores de triple efecto como un solo equipo concentrador. Supondremos que no habrá pérdida de sacarosa por inversión durante la evaporación. Durante la centrifugación se aceptara un 98% de cristalización, por lo que se obtendrá un 2% de miel como desecho. El porcentaje de sólidos solubles será considerado como concentración de sacarosa en su totalidad, despreciando de esta manera el porcentaje de impurezas presentes. No se tendrá en cuenta el tratamiento de condensación de los vahos ni de ningún otro tipo de efluentes o fluidos de intercambio de calor que participen en este proceso. El proceso de cristalización se realizara a presión atmosférica.

Diagrama de Proceso Simplificado

- 13 -- 13 -13


- 14 -- 14 -14


- 15 -- 15 -15


Cálculo de Balances de Masa y Energía para cada Equipo

Evaporador:

Cristalizador: borrar bomba

- 16 -- 16 -16


Centrifuga:

Secado:

Enfriamiento:

- 17 -- 17 -17


Conclusiones

Fuentes

Bibliografía: Fabricación de Azúcar- Antonio Porta Arqued Subproductos y derivados de la agroindustria azucarera- Edit: Geplacea. Problemas de balance de materia y energía en la industria alimentaria-

Antonio Valiente Barderas- Ed. Limusa Noriega Editores.Paginas Web:

www.monografias.com www.inazucar.gov.do/obtension_azucar.htm www.educar.org/IndustriasAlimenticias/azucar/ www.lacocinasana.com/ArticuloNutricion.asp?Id=26

- 18 -- 18 -18

http://www.educar.org/IndustriasAlimenticias/azucar/

http://www.inazucar.gov.do/obtension_azucar.htm

http://www.monografias.com/

Documents

68347333 Obtencion de Cana de Azucar